JP2019142421A - 車両下部構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両下部構造の、車長方向軸を回転軸とするねじり剛性を向上させる。
【解決手段】バッテリパック30はフロアパネル10下に搭載される。バッテリパック30のケース31は、下部部材であるケーストレイ33を備える。ケーストレイ33の底板33A内面には、車幅方向に延設されるパック内クロス34が車長方向に沿って複数設けられる。ケーストレイ33の底板33A外面には、パック外クロス40が車長方向に沿って複数設けられる。パック内クロス34の前方フランジ34Cは、当該パック内クロス34より車長方向前方に配置されたパック外クロス40の後方フランジ40Dと車長方向で一致させた状態で締結される。パック外クロス40の前方フランジ40Cは、当該パック外クロス40より車長方向前方に配置されたパック内クロス34の後方フランジ34Dと車長方向で一致させた状態で締結される。
【選択図】図8

Description

本発明は、車両のフロア下にバッテリが搭載された、車両下部構造に関する。
電気自動車等の、駆動源として回転電機が使用される車両には、その電源としてバッテリが搭載される。例えば特許文献1では、車両のフロア(車室)下にバッテリパックが搭載される。
特許文献1では、バッテリパックをフロアパネル下に締結させるに際して、フロア側の骨格部材とバッテリパック側の骨格部材とを締結させている。具体的には図9に例示されるように、フロアパネル100下には、車幅方向(RW軸方向)にフロアクロス102(102A,102B)が延設される。一方、バッテリパック104のケース106内には、車幅方向に電池クロス108(108A,108B)が延設される。フロアクロス102と電池クロス108とを車長方向(FR軸方向)で一致させて、ボルト110、ナット112、カラー114等により両者が締結される。
バッテリパック104が車長方向に長い場合、例えばバッテリパック104が図示しないダッシュパネル下から、前列シート下及び後列シート下を経てラゲッジスペース下まで延設されるような構造である場合に、複数の電池クロス108A,108B,・・・が車長方向に沿って設けられる。フロアパネル100下にも車長方向に沿って複数のフロアクロス102A,102B,・・・が設けられる。複数のフロアクロス102と複数の電池クロス108とが車長方向に沿ってそれぞれ位置合わせされ、締結される。
特開2017−196958号公報
ところで、図9のような締結構造を備える車両下部構造には、そのねじり剛性、つまり、ねじり荷重に対する剛性に改善の余地がある。
すなわち、車長方向に沿って設けられたフロアクロス102A,102B及び電池クロス108A,108Bとの間は、フロアパネル100及びバッテリパックのケース106によって繋げられる。
ここで、車長方向軸(FR軸)を軸とするねじり荷重が入力されると、フロアクロス102A及び電池クロス108A、ならびに、フロアクロス102B及び電池クロス108Bが、車長方向軸を回転中心にして揺動させられる。この揺動がフロアクロス102A及び電池クロス108A、ならびに、フロアクロス102B及び電池クロス108Bとで非同期である場合に、両者間に渡された薄板材であるフロアパネル100及びバッテリパック104のケース106が変形する(撓む)。このように、従来技術に係る車両下部構造には、特に車長方向軸を回転軸とするねじり剛性について、改善の余地がある。
本発明は、車両下部構造に関する。当該構造は、フロアパネル下に搭載されるバッテリパックと、バッテリパック外に車幅方向に設けられる骨格部材であるパック外クロスとを備える。バッテリパックは、複数のバッテリスタックと、複数のバッテリスタックを収容するケースを備える。ケースは、上部部材であるケースカバーと下部部材であるケーストレイを備える。ケーストレイの底板内面には、車幅方向に延設されるパック内クロスが車長方向に沿って複数設けられる。ケーストレイの底板外面には、パック外クロスが車長方向に沿って複数設けられる。パック内クロス及びパック外クロスの車長方向前端には前方フランジが設けられるとともに車長方向後端には後方フランジが設けられる。パック内クロスの前方フランジは、当該パック内クロスより車長方向前方に配置されたパック外クロスの後方フランジと車長方向で一致させた状態で締結される。パック外クロスの前方フランジは、当該パック外クロスより車長方向前方に配置されたパック内クロスの後方フランジと車長方向で一致させた状態で締結される。
上記構成によれば、パック外クロスとパック内クロスとの一方の前方フランジが他方の後方フランジに締結され、一方の後方フランジが他方の前方フランジに締結される。これにより、車長方向に沿ってパック外クロスとパック内クロスが交互に連結される構造となり、車長方向軸周りのねじり剛性が向上する。
また上記発明において、車長方向前後に設けられた一対のパック内クロスにバッテリスタックが締結されてよい。
バッテリスタックは、車両衝突時の衝突荷重に耐えられるように、高剛性の構造を備える場合がある。このような場合に、車長方向前後の一対のパック内クロスに跨ってバッテリスタックを締結させることで、当該一対のパック内クロスの相対変位が抑制される。
また上記発明において、フロアパネルの車幅方向両側には、骨格部材であるフロントサイドメンバが車長方向に延設されてよい。この場合において、パック外クロスの車幅方向両端は、ケースの車幅方向両端よりも張り出され、パック外クロスの車幅方向両端と、フロントサイドメンバとが締結される。
上記構成によれば、複数のパック外クロスがフロントサイドメンバに締結されるので、パック外クロス間の相対変位がフロントサイドメンバによって抑制される。
本発明によれば、車両下部構造の、車長方向軸を回転軸とするねじり剛性を、従来よりも向上できる。
本実施形態に係る車両下部構造を例示する一部断面斜視図である。 本実施形態に係る車両下部構造を例示する一部断面分解斜視図である。 図2の一点鎖線円で示す箇所の拡大斜視図である。 バッテリパック及びパック外クロスを例示する斜視図である。 バッテリパックの内部を説明する分解斜視図である。 ケーストレイの構造を説明する斜視図である。 図6を上下逆さまにしたアングルを例示する斜視図である。 図5のA−A断面側面図を例示する図である。 従来技術に係る車両下部構造を例示する側面断面図である。
図1〜図8を参照して、本実施形態に係る車両下部構造を説明する。なお図1〜図8において、車両前後方向(以下適宜、車長方向と記載する)を記号FRで表される軸で示し、車両幅方向(以下適宜、車幅方向と記載する)を記号RWで表される軸で示し、鉛直方向(以下適宜、車高方向と記載する)を記号UPで表される軸で示す。記号FRはFrontの略であり、車長方向軸FRは車両前方を正方向とする。記号RWはRight Widthの略であり、車幅方向軸RWは車幅右方向を正方向とする。また車高方向軸UPは上方向を正方向とする。
図1には、本実施形態に係る車両下部構造の一部断面斜視図が例示されている。また図2には、図1の分解斜視図が例示される。図1、図2ともに、車両下部構造の前方部分が図示されている。本実施形態に係る車両下部構造は、例えば電気自動車に搭載される。
本実施形態に係る車両下部構造は、フロアパネル10、フロントサイドメンバ20、バッテリパック30、及びパック外クロス40を備える。
フロアパネル10は、車室の床板を構成するパネル部材である。フロアパネル10の前端は、ダッシュパネル11に接続される。また、フロアパネル10の前端であって、車幅方向中央部にはフロアトンネル12が設けられる。
フロアトンネル12は、車室の前端から後方に亘って配置される。フロアトンネル12は、フロアパネル10から上方に突設される。フロアトンネル12の前端はダッシュパネル11に接続される。また、フロアトンネル12の屋根(トンネル屋根)である上壁の、床面(フロアパネル上面)からの高さ(トンネル高さ)は、図1の破線で示すように後方に行くにしたがって徐々に低くなり、その後端はフロアパネル10に接続される。
車両の駆動源として内燃機関が搭載されている場合には、フロアトンネル12内には排気管が通される。しかし、図1に例示するような、内燃機関が搭載されない電気自動車であって、かつ、バッテリパック30を床下に収納する場合においては、バッテリパック30の電力管理、監視を行う電池コントロールユニット(図示せず)等、バッテリパック30の周辺機器がフロアトンネル12内に収容される。
また、電気自動車においては、フロアトンネル12に排気管が通されていた場合と異なり、フロアトンネル12を車両後方まで延設させる必要はない。そこで例えば図1に例示するように、フロアトンネル12の後端が、第一フロアクロス16Aよりも手前に位置するような長さに、フロアトンネル12の車長方向長さを定めてもよい。
フロアトンネル12を覆う補強部材として、トンネルリーンフォース14が設けられる。トンネルリーンフォース14は、フロアトンネル12よりも高剛性となるように形成される。フロアトンネル12と同様にして、トンネルリーンフォース14は、フロアパネル10から上方に突設され車長方向に延設される。
また、フロアの剛性を担う骨格部材や補強部材として、フロアパネル10には、トンネルリーンフォース14の他に、ロッカ15、第一フロアクロス16A、第二フロアクロス16B、及びフロントサイドメンバ20が設けられる。
フロアパネル10の車幅方向両端に、一対のロッカ15,15が設けられる。ロッカ15,15は車長方向に延設される。さらに一対のロッカ15,15を接続するようにして、車幅方向に第一フロアクロス16A、第二フロアクロス16Bが設けられる。
また、フロアパネル10の車幅方向両側には、フロントサイドメンバ20,20が設けられる。具体的には、フロントサイドメンバ20,20は、ロッカ15,15とフロアトンネル12との間に、車長方向に沿って設けられる。
フロントサイドメンバ20,20は、車両前端のバンパリーンフォースメント(図示せず)から車長方向に沿って延設される。さらに前輪より後方にて下方に屈曲されてフロアパネル10に至る。フロアパネル10では車長方向に延設され、図示しないリアサイドメンバに連結される。
図2の一点鎖線円で示す領域の拡大図が図3に示される。なお、図2では車幅方向左側のフロントサイドメンバ20のみに一点鎖線円が施されているが、車幅方向右側のフロントサイドメンバ20もこれと同様の構造を備える。
フロントサイドメンバ20は、フロアパネル10を車高方向に挟んでフロントサイドメンバアッパ21及びフロントサイドメンバロア22を含んで構成される。フロントサイドメンバアッパ21及びフロントサイドメンバロア22はともに断面がハット形状であって、互いの開放端同士を当接させることで閉断面構造が形成される。
図3に例示されるように、フロントサイドメンバロア22の底壁には、車高方向に貫通する開口23が形成される。さらにこの開口23の中心軸とねじ軸が同軸となるようにウェルドナット24(溶接ナット)が設けられる。この開口23及びウェルドナット24は、フロントサイドメンバ20の長手方向(車長方向)に沿って複数設けられる。具体的には、パック外クロス40の本数分の開口23及びウェルドナット24が、それぞれのフロントサイドメンバロア22,22の底壁に設けられる。
図2に示すように、ウェルドナット24には、ボルト25が螺入される。ボルト25はパック外クロス40の車幅方向両端に形成された開口41にも挿入される。したがって、ウェルドナット24及びボルト25を介して、複数のパック外クロス40の車幅方向両端がフロントサイドメンバ20,20に締結される。これにより、複数のパック外クロス40の相対変位がフロントサイドメンバ20,20によって抑えられ、パック外クロス40,40間のねじれが抑制される。
図4には、バッテリパック30の全体斜視図が例示される。バッテリパック30は、フロアパネル10下に搭載される。バッテリパック30の上面は、それと対向するフロア形状に沿って形成される。例えばバッテリパック30の後方は、バッテリパック30の前方と比較してその上面が車高方向に沿って高くなるように形成される。これは車両の後部構造に沿って形成されたものであり、具体的には、リアサイドメンバ(図示せず)が上方に屈曲された後に車長方向後方に延設される、いわゆるキック構造に対応した形状となるように、バッテリパック30の後方部分が形成される。
図5にバッテリパック30の分解斜視図が例示される。バッテリパック30は、ケース31(ケースカバー32及びケーストレイ33)、パック内クロス34、及びバッテリスタック35を含んで構成される。
バッテリスタック35はケース31内に複数個収容される。一つのバッテリスタック35に、複数のバッテリセル39(図1参照)が積層される。バッテリセル39は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、及び全固体電池等から構成される。
また、バッテリセル39の積層体の外部はエンドプレート等の剛性部材によって保護される。このような保護構造によりバッテリスタック35は、例えば1〜5t程度の荷重に耐え得るような剛性を備える。
ケース31は複数のバッテリスタック35を収容する筐体であって、上部部材であるケースカバー32及び下部部材であるケーストレイ33を備える。ケースカバー32及びケーストレイ33はともにアルミパネル等の金属薄板材から構成される。
ケースカバー32は略水平に延設される上板32Aと、その周縁に接続され下方に縁設される側板32Bを備える。さらに側板32Bの下端にはケーストレイ33との接続用の接続フランジ32Cが設けられる。
ケーストレイ33は略船形に形成される。ケーストレイ33は、略水平に延設される底板33Aと、その周縁に接続され上方に延設される側板33Bを備える。さらに側板33Bの上端にはケースカバー32の接続フランジ32Cと接続される接続フランジ33Cが設けられる。
図6には、ケーストレイ33からバッテリスタック35を取り去ったときの図が例示される。ケーストレイ33の底板33Aの内面(上面)には、複数のパック内クロス34が車長方向に沿って設けられる。パック内クロス34はバッテリパック30を保護する骨格部材であって、ケーストレイ33の車幅方向両端の側板33B,33B間に亘って、車幅方向に延設される。また、複数のパック内クロス34の例えば車幅方向両端は、補強部材であるパック内リーンフォース38,38によって連結される。
図8を参照して、パック内クロス34は、側面視でハット形状をしており、水平に延設される上壁34Aと、その前後端に接続され下方に延設される側壁34Bを備える。さらに、ハット形状の鍔に該当する部分として、車長方向前端に前方フランジ34Cを備え、また車長方向後端に後方フランジ34Dを備える。
後述するように、パック内クロス34の前方フランジ34Cは、パック外クロス40の後方フランジ40Dと締結される。また、パック内クロス34の後方フランジ34Dは、パック外クロス40の前方フランジ40Cと締結される。このような締結構造とすることで、骨格部材であるパック内クロス34とパック外クロス40が車長方向に沿って連結され、車長方向軸周りのねじれ荷重に対する剛性が向上する。
パック内クロス34は、ケーストレイ33の底板33Aの内面上に、車長方向に沿って間隔を空けて複数設けられる。この配置間隔は、例えばパック外クロス40の下壁40Aの車長方向長さと等しくなるように定められる。
図7には、図6のケーストレイ33を上下逆さまにしたときのアングルが例示されている。ケーストレイ33の底板33Aの外面(下面)には、パック外クロス40が設けられる。
パック外クロス40は、パック内クロス34とともにバッテリパック30を保護する骨格部材であって、バッテリパック30外に設けられ、車幅方向に延設される。また、車両の側面衝突(側突)時に、バッテリパック30の側方からアクセスする障害物(バリア)を、バッテリパック30の手前で受け止めるために、パック外クロス40の車幅方向両端は、ケース31の車幅方向両端よりも外側に張り出されるように形成される。
なお、図7に例示するように、車長方向最後方のパック外クロス40は、その車幅方向外側に後輪が配置されることから、バッテリパック30よりも車幅方向外側に張り出さなくてもよい。例えば車長方向最後方のパック外クロス40の車幅方向長さは、バッテリパック30の車幅方向長さと略同一であってよい。
パック外クロス40の車幅方向両端には車高方向に貫通する開口41が設けられる。この開口41に、図2に示すボルト25が挿入される。当該ボルト25はカラー26及びフロントサイドメンバロア22の開口23(図3参照)にも挿入される。さらにボルト25は、フロントサイドメンバロア22に設けられたウェルドナット24に螺入される。これにより、パック外クロス40がフロントサイドメンバ20に締結される。
図8を参照して、パック外クロス40は、側面視でハット形状をしており、水平に延設される下壁40Aと、その前後端に接続され上方に延設される側壁40Bを備える。また、ハット形状の鍔に該当する部分として、車長方向前端に前方フランジ40Cを備え、また車長方向後端に後方フランジ40Dを備える。
パック外クロス40は、ケーストレイ33の底板33Aの外面(下面)に、車長方向に沿って間隔を空けて複数設けられる。この配置間隔は、例えばパック内クロス34の上壁34Aの車長方向長さと等しくなるように定められる。
この複数のパック外クロス40は、車長方向に延設される補強部材であるパック外リーンフォース42(図7参照)によって連結される。例えばケーストレイ33の底板33Aの車幅方向両端及び車幅方向中央の合計3箇所にパック外リーンフォース42が設けられる。
また、図8に示されているように、パック内クロス34とパック外クロス40は車長方向に交互に配置されて互いに締結される。具体的には、パック内クロス34の前方フランジ34Cと、当該パック内クロス34より車長方向前方に配置されたパック外クロス40の後方フランジ40Dが、車長方向で一致される。この状態で、パック内クロス34の前方フランジ34C、パック外クロス40の後方フランジ40D、及び両者に挟まれたケーストレイ33の底板33Aが、ボルト36及びナット37によって車高方向に締結される。
また、パック外クロス40の前方フランジ40Cと、当該パック外クロス40より車長方向前方に配置されたパック内クロス34の後方フランジ34Dが、車長方向で一致される。この状態で、パック外クロス40の前方フランジ40C、パック内クロス34の後方フランジ34D、及び両者に挟まれたケーストレイ33の底板33Aが、ボルト36及びナット37によって車高方向に締結される。なお、ボルト36及びナット37による締結の代わりに、パック外クロス40の前方フランジ40C、パック内クロス34の後方フランジ34D、及び両者に挟まれたケーストレイ33の底板33Aの三者を、スポット溶接により接合させてもよい。
このように、本実施形態に係る車両下部構造では、パック外クロス40及びパック内クロス34が車長方向に沿って交互に配置された状態で締結される。このような構造を備えることで、車長方向軸周りのねじれ荷重が入力された際に、隣り合うパック外クロス40及びパック内クロス34が互いを拘束することから、その変形(ねじれ変形)が免れる。
加えて、本実施形態に係る車両下部構造では、車長方向前後に設けられた一対のパック内クロス34,34に跨って、バッテリスタック35が締結される。例えばバッテリスタック35の前端及び後端に設けられたブラケット35Aがパック内クロス34の上壁34A上に配置され、ボルト36及びナット37により締結される。
上述したように、バッテリスタック35は耐荷重性能を有しており、剛性部材として捉えることができる。バッテリスタック35が車長方向前後のパック内クロス34,34に跨って締結されることで、これらパック内クロス34,34の相対変位が抑制される。
<車両下部構造の組み立て方法>
車両下部構造の組み立てに当たり、まずバッテリパック30が組み立てられる。図6に例示するように、ケーストレイ33を挟んで複数のパック外クロス40と複数のパック内クロス34が配列される。
具体的には図8を参照して、パック内クロス34の前方フランジ34Cと、当該パック内クロス34より車長方向前方に配置されたパック外クロス40の後方フランジ40Dが、ボルト36及びナット37によって車高方向に締結される。同様にして、パック外クロス40の前方フランジ40Cと、当該パック外クロス40より車長方向前方に配置されたパック内クロス34の後方フランジ34Dが、ボルト36及びナット37によって車高方向に締結される。または、ボルト締結に代えて、パック外クロス40の前方フランジ40C、パック内クロス34の後方フランジ34D、及び両者に挟まれたケーストレイ33の底板33Aの三者が、スポット溶接により接合される。
次に、車長方向前後に設けられた一対のパック内クロス34,34に跨って、バッテリスタック35が締結される。具体的にはバッテリスタック35の前端及び後端に設けられたブラケット35Aがパック内クロス34の上壁34A上に配置され、ボルト36及びナット37により締結される。
さらに複数のバッテリスタック35にワイヤハーネス等の配線が配索された後、図6を参照して、ケースカバー32がケーストレイ33上に被せられ、ケース31が閉じられる。次に図2、図3を参照して、ボルト25をパック外クロス40の開口41、カラー26、及びフロントサイドメンバロア22の開口23に挿入させ、さらにウェルドナット24に螺入させる。これにより、バッテリパック30が車両のフロア下に締結される。
10 フロアパネル、20 フロントサイドメンバ、21 フロントサイドメンバアッパ、22 フロントサイドメンバロア、23 フロントサイドメンバロアの開口、24 ウェルドナット、30 バッテリパック、31 ケース、32 ケースカバー、32A ケースカバーの上板、32B ケースカバーの側板、32C ケースカバーの接続フランジ、33 ケーストレイ、33A ケーストレイの底板、33B ケーストレイの側板、33C ケーストレイの接続フランジ、34 パック内クロス、34A パック内クロスの上壁、34B パック内クロスの側壁、34C パック内クロスの前方フランジ、34D パック内クロスの後方フランジ、35 バッテリスタック、35A ブラケット、40 パック外クロス、40A パック外クロスの下壁、40B パック外クロスの側壁、40C パック外クロスの前方フランジ、40D パック外クロスの後方フランジ、41 パック外クロスの開口。

Claims (3)

  1. フロアパネル下に搭載されるバッテリパックと、
    前記バッテリパック外に車幅方向に設けられる骨格部材であるパック外クロスと、
    を備える車両下部構造であって、
    前記バッテリパックは、
    複数のバッテリスタックと、複数の前記バッテリスタックを収容するケースを備え、
    前記ケースは、上部部材であるケースカバーと下部部材であるケーストレイを備え、
    前記ケーストレイの底板内面には、車幅方向に延設されるパック内クロスが車長方向に沿って複数設けられ、
    前記ケーストレイの底板外面には、前記パック外クロスが車長方向に沿って複数設けられ、
    前記パック内クロス及び前記パック外クロスの車長方向前端には前方フランジが設けられるとともに車長方向後端には後方フランジが設けられ、
    前記パック内クロスの前記前方フランジは、当該パック内クロスより車長方向前方に配置された前記パック外クロスの前記後方フランジと車長方向で一致させた状態で締結され、
    前記パック外クロスの前記前方フランジは、当該パック外クロスより車長方向前方に配置された前記パック内クロスの前記後方フランジと車長方向で一致させた状態で締結される、
    車両下部構造。
  2. 請求項1に記載の車両下部構造であって、
    車長方向前後に設けられた一対の前記パック内クロスに前記バッテリスタックが締結される、
    車両下部構造。
  3. 請求項1または2に記載の車両下部構造であって、
    前記フロアパネルの車幅方向両側には、骨格部材であるフロントサイドメンバが車長方向に延設され、
    前記パック外クロスの車幅方向両端は、前記ケースの車幅方向両端よりも張り出され、
    前記パック外クロスの車幅方向両端と、前記フロントサイドメンバとが締結される、
    車両下部構造。
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